JP2017215726A - Fluid control device - Google Patents

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Kotaro Takijiri
興太郎 瀧尻
篤史 家城
Atsushi Ieki
篤史 家城
祐紀 田中
Yuki Tanaka
祐紀 田中
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株式会社堀場エステック
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To allow operators to facilitate downturning of a flow rate control device so that, even though the flow rate control device has excellent responsiveness, in some instances, the responsiveness thereof is made equal to that of an existing flow rate control device.SOLUTION: A flow rate control device 100, which implements feedback control of a fluid control valve 3 so that an amount of measurement flow gets near to a target amount of flow, comprises: a response delay input unit 43 that inputs a response delay setting value serving as a value indicative of a response delay desired to be set; and a response delay creation unit 46 that generates a response delay in the feedback control in accordance with the set response delay setting value.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、例えば半導体製造プロセスに用いられる材料ガスや薬液、洗浄液等の流体流量を制御するための流体制御装置に関するものである。 The present invention is, for example, the material gas and chemical liquid used in a semiconductor manufacturing process, to a fluid control system for controlling the fluid flow of the cleaning liquid or the like.

多くの産業プロセスにおいて、さまざまなプロセス流体の流量制御が必要とされており、そのためにプロセス流体の流路上に流量制御装置が設けられている。 In many industrial processes, there is a need for flow control of various process fluids, which flow control device is installed in a flow path of the process fluid to the.
このような流量制御装置は、プロセス流体の流量を所望の値(目標流量)に素早く、かつ安定に制御することが求められる。 Such flow control device, the flow rate of the process fluid quickly to the desired value (target flow rate), and it is required to stably control. そのため、特許文献1に示すように、従来の流量制御装置においては、特許文献1に示されているように、例えば流量を調整するためのバルブや流量センサなどにできるだけ応答性の良いものを用い、応答性や安定性において最大の能力を発揮できるようにチューニングされる。 Therefore, as shown in Patent Document 1, in the conventional flow control apparatus, as disclosed in Patent Document 1, used as much as possible good response, such as the valve, a flow sensor for adjusting the example flow It is tuned up to deliver maximum performance in responsiveness and stability.

しかしながら、複数のプロセスガスをそれぞれ流量制御しながら用いるような半導体プロセスなどにおいて、既存の流量制御装置に代えて、応答性に優れた高性能の流量制御装置を導入すると、最終生成物(半導体)が所望の仕様から外れるといった不具合が生じる場合がある。 However, in a semiconductor process such as used with each flow control multiple process gases, instead of the existing flow control device, the introduction of high performance of the flow control apparatus having excellent response characteristics, the final product (semiconductor) but there is a case in which problems such as deviate from the desired specification occurs.

本発明者は、鋭意検討した結果、その原因を突き止めた。 The present inventors have made intensive studies, as a result, have found the cause.
すなわち、従来は、既存の流量制御装置を用いて、最終生成物(半導体)が所望の仕様性能を満たすように試行錯誤によってプロセスのレシピが決められている。 That is, conventionally, by using the existing flow control device, the final product (semiconductor) processes the recipe is determined by trial and error to meet desired specifications performance. プロセスのレシピとは、プロセス流体に関していえば、どのタイミングでどれだけの量のプロセス流体を流すかということであり、言い換えると、各プロセス流体の目標流量をどのように設定するかということである。 The process recipe, with respect to the process fluid, which timing it means that either flow how much amount of the process fluid, in other words, is how to set the target flow rate of the process fluid .

しかし、実際に流れるプロセス流体の流量は、机上のレシピに示された目標流量に正確に追随しているわけではなく、流量制御装置の応答性に依存してやや遅れたものとなっている。 However, the flow rate of the process fluid actually flowing is not necessarily have to follow precisely the target flow rate shown on the desk of the recipe, which is what was slightly delayed, depending on the responsiveness of the flow control device.

したがって、既存の流量制御装置を高性能な流量制御装置に置き換えると、目標流量により精度良く追随するがゆえに、実際の流量が目標流量に十分追随していない従来の流量(実質的なレシピ)とは異なるものになってしまい、最終生成物が仕様から外れる可能性が生じるわけである。 Therefore, by replacing the existing flow control device in a high-performance flow control device, because it accurately follow the target flow rate, and the actual conventional flow rate is not sufficiently follow the target flow rate (substantial recipe) it is not becomes different, possibly the final product is out of specification occurs.

そのため、従来、流量制御装置を新機種に置き換えるなどした場合には、プロセスガスの流量を実際に設定する現場オペレータが、レシピ、すなわち目標流量を再度試行錯誤によって修正しなければならず、特に多数のプロセス流体を用いている場合は、膨大な手間がかかってしまう。 Therefore, conventionally, when such replace the flow control device to the new models, the site operator to actually set the flow rate of the process gas, recipe, ie must be modified by trial and error the desired flow rate again, in particular number If using the process fluid, it takes enormous effort.

特開2003−316442号公報 JP 2003-316442 JP

本願発明は、かかる新規な課題に鑑み、応答性を向上させるという従来観念を捨てて初めてなされたものであって、優れた応答性を有しながらも、場合によっては、既存の流量制御装置と等価な応答性となるように、オペレータが容易にダウンチューニングできるようにすることを図ったものである。 The present invention, in view of such a new problem, which has been made for the first time discard the idea conventional of improving the responsiveness, while having excellent responsiveness, optionally, a conventional flow control device as an equivalent responsiveness are those aimed to allow the operator to easily down tuning.

すなわち、本発明に係る流量制御装置は、測定流量が目標流量に近づくように、流体制御弁をフィードバック制御するものであって、ユーザオペレータが設定したい応答遅れを示す値である応答遅れ設定値を入力する応答遅れ入力部と、前記フィードバック制御における応答遅れを、前記応答遅れ設定値に応じて発生させる応答遅れ生成部とを具備することを特徴とする。 That is, the flow control device according to the present invention, as measured flow approaches the target flow rate, there is that the feedback control of the fluid control valve, the response delay setting value is a value indicating the response delay to be set by the user operator a response delay input unit for inputting the response delay in the feedback control, characterized by comprising said generating in response to the response delay setting value response delay generator.

このようなものであれば、本来であれば速応性を求められる流量制御装置において、敢えて応答遅れを作り出すことができるうえ、その応答遅れを、ユーザーオペレータの設定入力だけで定めることができる。 In accordance with this arrangement, the flow control device be required to quick response would otherwise, upon which can produce dare response delay, the response delay can be determined only by the user operator setting input. したがって、この流量制御装置を、例えば、既存の流量制御装置と同等な応答性に設定してこれと置き換えることが容易にできるようになる。 Accordingly, the flow control device, for example, as can be easily replaced with this set equal responsiveness and existing flow control device.

上述した効果、すなわち、オペレータによる随時の応答性ダウンチューニングが可能という効果は、従来、速応性を追求してきた流量制御装置の分野においては極めて画期的なものである。 Above effect, i.e., an effect that can be at any time responsiveness down tuning by the operator, conventionally, it is extremely innovative in the field of flow control device which has pursued the quick response.
一方、入力する応答遅れ設定値を性能限界まで小さくすれば、本流量制御装置が本来有する速応性を活かした利用も可能となる。 On the other hand, by reducing the response delay setting value input to the performance limit, use is also possible that the flow control device utilizing the quick response inherent.

具体的な実施態様としては、前記応答遅れ設定値が、無駄時間を除いた一次遅れ、二次遅れ又は多次遅れを示す値であるものを挙げることができる。 As a concrete embodiment, the response delay setting value, the dead time and first order lag excluding include those is a value indicating a secondary delay or multi-order lag.

ユーザオペレータにとって扱いやすい応答遅れ設定値としては、時定数などを挙げることができる。 The easy to handle response delay set value to the user operator, and the like time constant.

新たに応答遅れを設定する場合は、過去における応答遅れとそのときのフィードバック制御係数とを参照することにより、演算が容易になる。 When setting a new response delay refers to the response in the past delay and the feedback control coefficient of the time, operation is facilitated. そのためには、フィードバック制御による応答遅れを測定する応答遅れ測定部をさらに具備し、前記応答遅れ生成部が、前記応答遅れ測定部によって測定された測定応答遅れと、その時に設定されていたフィードバック制御係数とに基づいて、前記応答遅れ設定値に示された設定応答遅れとなる新規フィードバック制御係数を算出し、現在設定されているフィードバック制御係数を、前記新規フィードバック制御係数に置き換えるものであることが望ましい。 To do so, further comprising a response delay measuring unit for measuring a response delay due to the feedback control, the response delay generating unit, wherein the measuring the response delay measured by the response delay measuring unit, feedback control has been set at that time based on the coefficients, calculates the new feedback control coefficient as a setting response delay indicated in said response delay setting value, it feedback control coefficient that is currently set, is intended to replace the new feedback control coefficient desirable.

複雑な演算をすることなく、短い時間で応答遅れを設定できるようにするには、前記フィードバック制御が、少なくとも比例制御を含むものであり、IMCを用いることによって無駄時間を除く応答遅れが一次遅れとなるように設定されたものが好ましい。 Without a complex operation, to be able to set the response delay in a short time, the feedback control is intended to include at least a proportional control, response delay excluding dead time by using the IMC primary delay that is set to be preferred.

このように構成した本発明によれば、本来であれば速応性を求められる流量制御装置において、敢えて応答遅れを作り出すことができるうえ、その応答遅れを、ユーザーオペレータの設定入力だけで定めることができる。 According to thus constituted present invention, the flow control device be required to quick response would otherwise, upon which can produce dare response delay, the response delay, be determined only by the user operator setting input it can. したがって、この流量制御装置を、例えば、既存の流量制御装置と同等な応答性に設定してこれと置き換えることが容易にできるようになる。 Accordingly, the flow control device, for example, as can be easily replaced with this set equal responsiveness and existing flow control device.

本発明の一実施形態に係る流体制御装置を示す模式的全体図。 Schematic overall view showing a fluid control apparatus according to an embodiment of the present invention. 同実施形態における制御機構の機能ブロック図。 Functional block diagram of a control mechanism in the same embodiment. 同実施形態におけるバルブ制御部の制御ブロック線図。 Control block diagram of the valve control unit in the same embodiment. 同実施形態における応答遅れ記憶部に記憶されたデータ(構造)を示すデータ例示図。 Data illustrative view showing the data stored in the response delay memory unit according to the first embodiment (structure). 本発明の他の実施形態における制御ブロック線図。 Control block diagram of another embodiment of the present invention.

本発明の一実施形態に係る流体制御装置を、図1乃至4を参照しながら説明する。 The fluid control apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1-4.

この流量制御装置100は、例えば、半導体製造用の各種材料ガスといった流体が流れる各供給流路(図示しない)上にそれぞれ設けられて、各材料ガスの流量を所定の流量に制御するために用いられるものである。 The flow control device 100 is, for example, each provided on each of the supply flow path through which fluid such various materials gas for semiconductor manufacturing (not shown), used to control the flow rate of each material gas at a predetermined flow rate it is as it is. なお、流体としては、ガス以外に、液体、スラリー等が挙げられる。 As the fluid, in addition to gas, liquid, slurry, and the like.

より具体的に説明する。 More specifically described.
この流量制御装置100は、図1及び図2に示すように、内部に流路11が形成された概略直方体形状のボディ1と、前記ボディ1に取り付けられた熱式の流量センサ2及びバルブ3と、前記流量センサ2からの出力に基づいて前記バルブ3を制御する制御機構4とを備えている。 The flow control device 100, as shown in FIGS. 1 and 2, a body 1 of substantially rectangular parallelepiped shape with the passage 11 formed therein, the flow rate sensor 2 and the valve 3 of a thermal attached to the body 1 When, and a control mechanism 4 for controlling the valve 3 on the basis of an output from the flow sensor 2.

前記ボディ1は、その底面に流体を導入出するための導入口12及び導出口13がそれぞれ設けてあり、前記導入口12と前記導出口13との間を結ぶように前記流路11が形成してある。 The body 1, is provided with inlet 12 and outlet 13 for exiting introducing a fluid into the bottom, respectively, it said channel 11 so as to connect between the outlet 13 and the inlet 12 formed are you. この流路11に対して最も下流側に前記バルブ3が設けてあり、前記バルブ3の上流に前記流量センサ2が設けてある。 The said the most downstream side with respect to the flow passage 11 valve 3 is provided with the flow rate sensor 2 upstream of the valve 3 is provided.

前記流量センサ2は、前記流路11内に設けられた流体抵抗である分流素子21と、前記流路11から分岐し、前記分流素子21の前後を迂回するように設けられた細管22と、前記細管22に設けられた一対のコイル23a(図2に示す)からなり、流量に関連する値を検出する検出機構23と、前記制御機構4の演算機能を利用して構成され、前記検出機構23からの出力に基づいて流量を算出する流量算出部41とからなる熱式のものである。 The flow sensor 2, the shunt element 21 is a flow resistance provided in the flow path 11 is branched from the flow channel 11, the capillary 22 which is provided so as to bypass the front and rear of the shunt element 21, a pair of coils 23a provided in the thin tube 22 (shown in FIG. 2), a detection mechanism 23 for detecting a value related to the flow rate, is configured by using an arithmetic function of said control mechanism 4, the detection mechanism it is of the thermal type composed of a flow rate calculation unit 41. for calculating a flow rate based on the output from the 23.

詳述すれば、前記各コイル23aは電熱線であり、それぞれが所定温度で保たれるように温度制御回路(図示しない)が接続してある。 If specifically, each coil 23a is heating wire, respectively (not shown) the temperature control circuit to be kept at a predetermined temperature is connected. この温度制御回路によって各コイル23aに印加される電圧値が前記検出機構23から前記流量算出部41へと出力され、それぞれの電圧値に基づいて前記流量算出部41は流量を算出する。 The value of the voltage applied to each coil 23a by the temperature control circuit is output from the detecting mechanism 23 to the flow rate calculation unit 41, is the flow rate calculation unit 41 based on the respective voltage values ​​to calculate the flow rate.
なお、この流量センサは、熱式のみならず、差圧式、超音波式、コリオリ式など、種々の方式のものでも構わない。 In this flow sensor, not thermal only, differential pressure, ultrasonic, etc. Coriolis, may be of various systems.

前記制御機構4は、CPU、メモリ、A/D・D/Aコンバータ、入出力手段、ドライバ等を備えた電子回路であって、前記メモリに格納されている流量制御装置用プログラムに基づいてCPUやその周辺機器が協働することにより、前記流量センサ2の構成要素である流量算出部41の他、バルブ制御部42等の演算回路としての機能を発揮する。 The control mechanism 4 based CPU, memory, A / D · D / A converter, the output means, an electronic circuit having a driver and the like, the flow control device program stored in the memory CPU and by its peripheral devices cooperate, other flow rate calculation unit 41 is a component of the flow sensor 2, exhibits a function as an arithmetic circuit such as valve control unit 42.

流量算出部41は、前述したように、前記検出機構23からの出力に基づいて流路11を流れる流体の流量を算出し、その値(以下、測定流量値という。)を出力するものである。 Flow rate calculation unit 41, as described above, to calculate the flow rate of the fluid flowing through the flow channel 11 based on the output from the detecting mechanism 23, the value (hereinafter, referred to. Measured flow rate value) and outputs the .

前記バルブ制御部42は、図2に示すように、オペレータによる入力や外部機器からの通信等によって与えられた目標流量と、前記流量算出部41から出力された測定流量とを受け付け、これらの間の偏差が小さくなるように前記バルブ3の開度をPIDフィードバック制御するものである。 The valve control unit 42, as shown in FIG. 2 receives a target flow rate provided by the communication or the like from the input or external device by the operator, and a measured flow rate output from the flow rate calculation unit 41, therebetween the opening of the valve 3 so that the deviation becomes small is to PID feedback control.

より具体的に説明する。 More specifically described. このバルブ制御部42は、図3の制御ブロック線図に示されるように、PIDコントローラ421に加えて、IMC(Internal Model Controller)422が付加された構成のものである。 The valve control unit 42, as shown in a control block diagram of FIG. 3, in addition to the PID controller 421 are those of IMC (Internal Model Controller) 422 is added to the configuration.

同図において、G p (s)は、実際のプロセス(バルブ3や流量センサ2を含んだ系)の伝達関数であり、機種によって異なる。 In the figure, G p (s) is the transfer function of the actual process (including the valve 3 and the flow rate sensor 2 system), different depending on the model.

G c (s)は、前記PIDコントローラ421の伝達関数であり、以下の式(1)で表される。 G c (s) is the transfer function of the PID controller 421 is expressed by the following equation (1).
G c (s) = K p ( 1 + 1/T i・s + T d・s )・・・(1) G c (s) = K p (1 + 1 / T i · s + T d · s) ··· (1)
ここで、K pは比例ゲイン、T iは積分時間、T dは積分時間、sはラプラス関数である。 Here, K p is a proportional gain, T i is the integral time, T d is the integral time, s is the Laplace function.

G p '(s)は、プロセスモデル423の伝達関数である。 G p '(s) is the transfer function of the process model 423.

また、これらG p (s) 、G c (s)、 G p '(s)による伝達関数G IMC (s)で表される系が、前記IMC422である。 These G p (s), G c (s), G p ' system represented by the transfer function G IMC (s) by (s) is the said IMC422.
この実施形態では、前記プロセスモデル423を適宜設定してG IMC (s)を定めることにより、このバルブ制御部42とバルブ3及び流量センサ2とを含めたフィードバック系としての伝達関数が、無駄時間を無視すると、一次遅れとなるように構成してある。 In this embodiment, by determining the G IMC (s) by setting the process model 423 as appropriate, the transfer function as the valve control unit 42 and the valve 3 and feedback system including a flow sensor 2, the dead time ignoring, it is configured such that the first-order lag.
すなわち、バルブ3の伝達関数を1 / (f 1・s+1)、流量センサ2の伝達関数を1 / (e 1・s+1)とすれば、前記伝達関数G p (s)は、式(3)のようになる。 That is, the transfer function of 1 / (f 1 · s + 1) of the valve 3, if the transfer function of the flow rate sensor 2 1 / and (e 1 · s + 1), the transfer function G p (s) of the formula (3) become that way.
G p (s) = (1 / (f 1・s+1)) (1 / (e 1・s+1)) ・・・(2) G p (s) = (1 / (f 1 · s + 1)) (1 / (e 1 · s + 1)) ··· (2)
そして、G IMC (s)を以下のように設定している Then, and G IMC (s) is set as follows:
G IMC (s) = (x 1・s+1)(x 2・s+1) / (T・s) ・・・(3) G IMC (s) = (x 1 · s + 1) (x 2 · s + 1) / (T · s) ··· (3)
ここで、x 1はf 1 、x 2はe 1と同じ定数となる様に設定する。 Here, x 1 is f 1, x 2 are set so that the same constant as e 1. .
そうすると、IMC422と、バルブ3及び流量センサ2とが直列した伝達関数G 1 (s)は、以下の式(4)のようになる。 Then, the IMC422, transmission and valve 3 and the flow sensor 2 is in series function G 1 (s) is given by the following equation (4).
G 1 (s) = G IMC (s)・G p (s) = 1 / (T・s) ・・・(4) G 1 (s) = G IMC (s) · G p (s) = 1 / (T · s) ··· (4)
そして、前述したように、フィードバック系も含めた系全体の伝達関数G(s)が、無駄時間を無視すると、式(5)にように一次遅れとなる。 Then, as described above, of the entire system, including the feedback system transfer function G (s), ignoring the dead time, as in Equation (5) becomes a first-order lag.
G(s) = 1 / (1+T・s) ・・・(4) G (s) = 1 / (1 + T · s) ··· (4)
これを書き換えると、以下の式(5)のように表される。 Rewriting this is expressed by the following equation (5).
Qout=1 / (1+T・s)・Qset = 1 / (1+1/Kp・s) ・Qset ・・・(5) Qout = 1 / (1 + T · s) · Qset = 1 / (1 + 1 / Kp · s) · Qset ··· (5)
ここで、Qsetは目標流量値でQoutは測定流量である。 Here, Qset the Qout at the target flow value is measured flow rate. また1/K pは時定数Tの逆関数となっている。 The 1 / K p has a inverse function of the time constant T.

しかして、この実施形態では、図2に示すように、前記制御機構4に、応答遅れ入力部43、応答遅れ測定部44、応答遅れ記憶部45、応答遅れ生成部46等としての機能をさらに付加している。 Thus, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the control mechanism 4, a response delay input unit 43, the response delay measurement unit 44, the response delay memory 45, a function as such response delay generator 46 further It is added.

応答遅れ入力部43とは、流量制御装置100の応答遅れを示す値である応答遅れ設定値を、キーボードなどの入力手段や通信によって受け付けるものである。 The response delay input unit 43, the response delay setting value is a value indicating the response delay of the flow control device 100 is intended to accept the input means and communication, such as a keyboard. 応答遅れ設定値とは、ユーザオペレータが指定するものであって、ここでは、目標流量に対する測定流量の応答遅れのうち、一次遅れ要素に関する値のことであり、より具体的には、時定数(流量の立ち上がりから目標流量の63%に至るまでの時間)のことである。 The response delay setting value, there is a user operator designates, wherein, among the response delay of the measured flow rate to the target flow rate is that the values ​​for the primary delay element, and more specifically, the time constant ( time from the rise of the flow rate up to 63% of the target flow rate) is that. 応答遅れ設定値としては、その他、約4倍時定数(測定流量の立ち上がりから目標流量値の98%に至るまでの時間)でもよいし、あるいは、現在の応答遅れに対する比率(%)などでも構わない。 May as a response delay setting value, other, may be the about four times the time constant (time from the rising of the measured flow rate up to 98% of the target flow rate value), or in such a ratio (%) for the current response delay Absent. 以下では、応答遅れ設定値を設定時定数ともいう。 In the following, also referred to as the set time constant of the response delay setting value.

応答遅れ測定部44は、現時点での制御による応答遅れ(ここでは一次遅れの時定数であり、以下、測定時定数という。)を測定するものである。 Response delay measurement unit 44, the response delay due to the control of the current (here is the time constant of the primary delay, hereinafter referred to as the measurement time constant.) It is to measure the. そのためにこの応答遅れ測定部44は、例えば、目標流量としてステップ信号を与え、そのときのインディシャル応答を測定することによって前記測定時定数を算出する。 The response delay measuring unit 44 For this purpose, for example, provide a step signal as a target flow rate to calculate the measured time constant by measuring the indicial response of the time. その他、インパルス応答やランプ応答等によって測定時定数を算出するようにしてもよい。 Other may be calculated and time constant by the impulse response and ramp response, and the like. この応答遅れ測定部44による応答遅れの測定は、実際の流量制御の始動前や休止期間に行うようにしている。 Measurement of the response delay due to the response delay measurement unit 44 is to perform the actual pre-start and quiescent period of the flow control.

応答遅れ記憶部45は、メモリの所定領域に設定されたものであり、前記応答遅れ測定部44で測定された測定時定数が記憶される。 Response delay storage unit 45 has been set in a predetermined area of ​​the memory, the measurement time constant measured by the response delay measuring unit 44 is stored. このとき、応答遅れ記憶部45は、測定時定数と対にして、その測定時の条件、すなわり、流体の種類、温度、圧力などの周囲条件を、例えば図4に示すようなテーブル形式で記憶する。 In this case, response delay storage unit 45, and the measured time constant paired, conditions at the time of measurement, ie, skip type of fluid, temperature, a table format as shown the ambient conditions such as pressure, for example, in FIG in stores.

応答遅れ生成部46は、この制御による時定数が、応答遅れ入力部43で受け付けられた設定時定数となるように、バルブ制御部42における制御パラメータを調整するものである。 Response delay generator 46, the time constant by the control, so that the setting time constant received in response delay input unit 43 is used for adjusting the control parameter in the valve control unit 42.

具体的に説明すると、前述したように、該バルブ制御部42による応答性はIMC422によって一次遅れとなっている。 Specifically, as described above, the response due to the valve control unit 42 has a first order lag by IMC422. したがって、PIDコントローラ421による比例ゲインKpと時定数Tとの関係は Kp =1/ T ・・・(6) Therefore, the relationship between the proportional gain Kp and the time constant T by the PID controller 421 is Kp = 1 / T ··· (6)

そこで、応答遅れ生成部46は、応答遅れ記憶部45を参照して、同様の測定条件における測定時定数とそのときの比例ゲインとから前記比を算出し、この比から設定時定数となる比例ゲインを算出して、既存の比例ゲインをこの新規比例ゲインに置き換える。 Therefore, response delay generating unit 46 refers to the response delay storage unit 45, calculates the ratio from the measured time constant and proportional gain at that time in the same measurement conditions, the setting time constant of this ratio proportional and calculating the gain, replace the existing proportional gain to the new proportional gain.

理論的な新規比例ゲインの算出式は、下記式(7)のようであるが、応答遅れ生成部46は、これと等価な演算を行って、新規比例ゲインを設定する。 Calculation formula of the theoretical new proportional gain, although the following equation (7), the response delay generator 46, performs an equivalent calculation, to set a new proportional gain.
Kp 1 = Kp 0・T 1 /T 0・・・(7) Kp 1 = Kp 0 · T 1 / T 0 ··· (7)
ここで、Kp 1は新規比例ゲイン、Kp 0は既存の比例ゲイン、T 1は設定時定数、T 0は測定比例ゲインである。 Here, Kp 1 new proportional gain, Kp 0 existing proportional gain, T 1 is set at a constant, T 0 is the measured proportional gain.

しかして、このような構成によれば、オペレータが所望の設定時定数を入力するだけで、この流量制御装置100による応答遅れがその設定時定数となるようにオートチューニングされる。 Thus, according to such a configuration, only the operator inputs a desired setting time constant, the response delay due to the flow control device 100 is auto-tuned so that its setting time constant.

したがって、本実施形態に係る流量制御装置100によれば、既存の流量制御装置と同等の応答性に設定するだけで、他に例えば目標流量を再調整することなどなく、既存のものから容易に置き換えることができる。 Therefore, according to the flow rate control apparatus 100 according to the present embodiment, only by setting the responsiveness of the equivalent conventional flow controller, without such readjusting other example target flow rate, easily from existing ones it can be replaced.

また、従来、速応性が追求されてきた流量制御装置の分野において、かかる効果、すなわち、オペレータによる随時の応答性ダウンチューニングを初めて可能ならしめた点は、極めて画期的であるということができる。 Conventionally, in the field of flow control devices quick response have been sought, such an effect, i.e., a point which made if the first time enables the responsiveness down tuning time to time by the operator, can be said to be very revolutionary .
一方、より速い応答性が求められる場合には、入力する設定時定数の値を性能限界まで小さくすればよく、この流量制御装置が本来有する性能を活かした利用も可能である。 On the other hand, if a faster response is required, may be reducing the value of setting time constant for input to the performance limit, use is also possible to take advantage of performance which the flow control device is inherent.
また、応答遅れ設定値として用いている時定数は、ユーザにとって応答性を直感的に把握しやすい値なので、使い勝手が良いという効果も奏する。 Further, the time constant is used as the response delay setting value, so intuitively grasped easily value responsive to the user, usability also response rates that the effect good.

加えて、本流量制御装置100と同等の機能を得るべく、入力された設定時定数(所望の応答遅れ)となるように、PID制御の各制御係数(K p 、T i 、T d )をそれぞれ算出し定めることも可能ではある。 In addition, to obtain the same function as the flow control device 100, so that the input setting time constant (desired response delay), the control factor of the PID control (K p, T i, T d) the there is also possible to define respectively calculated. しかしながら、前記各制御係数が制御対象とは独立に自由に与えることができるものであり、現在のところ、それぞれの最適値は代数的な手法では算出できず、試行錯誤的に求めざるを得ないため、応答遅れ設定のための演算に多大な時間かかる場合がある。 However, the are those each control factor can give freely independently of the control object, at present, each of the optimum value can not be calculated by algebraic techniques, inevitably determined by trial and error Therefore, it may take much time in the calculation for the response delay setting.

これに対し、この実施形態では、PIDコントローラ421に加えてIMC422を設け、バルブ制御に係る応答性が一次遅れとなるように予め構成してあるので、上述したように、3つの制御係数のうち、比例ゲインK pのみを調整すれば、時定数を設定することができる。 In contrast, in this embodiment, the provided IMC422 in addition to the PID controller 421, the response of the valve control is previously configured to be the first-order lag, as described above, among the three control coefficients , by adjusting only the proportional gain K p, it is possible to set the time constant. したがって、演算回路に大きな負担を与えることなく、応答遅れを設定時定数となるように容易に自動設定することができる。 Therefore, without causing a large burden on the operation circuit, it is possible to automatically set easily so that the setting time constant of the response delay.

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。 The present invention is not limited to the embodiment.
例えば、前記実施形態において、応答遅れ生成部46は、応答遅れ記憶部45を参照して、過去における同様の周囲条件での測定時定数とそのときの比例ゲインとを検索し、それをもとに比例ゲインを定めていたが、周囲条件を実際の流量制御での周囲条件と予め揃えて測定時定数を求め、これをもとに設定時定数となるように比例ゲインを算出してもよい。 Original example, in the embodiment, the response delay generating unit 46 refers to the response delay storage unit 45, searches the a measurement time constant at the same ambient conditions in the past and the proportional gain at that time, it the had set the proportional gain, obtains a measured time constant in advance aligned with ambient conditions in the actual flow control ambient conditions, which may be calculated proportional gain such that the set time constant based on . このようにすれば、応答遅れ記憶部に過去の周囲条件を記憶させなくともよい。 In this way, it may not be stored past ambient conditions response delay storage unit.

測定時定数と設定時定数との偏差が少なくなるように、比例ゲインを徐々に変えるフィードバック制御により、比例ゲインを設定するようにしてもよい。 As the deviation between the measured time constant and set time constant is reduced, by a feedback control for changing the proportional gain gradually, it may be set the proportional gain.

実際の流量制御中に、流体の温度やバルブ前後での流体の圧力等が変動した場合、応答性を維持すべく、そのうちのいずれか1以上を用いて、応答遅れ生成部において、比例ゲインK p1を修正してもよい。 During actual flow rate control, if the pressure of the fluid or the like in the temperature or across the valve of the fluid varies, to maintain the response, using any one or more of them, in response delay generating unit, the proportional gain K p1 may be modified. 例えば圧力pの変動による修正演算式としては、下記式(8)のようなものが挙げられる。 For example, as a modified arithmetic expression due to the variation of the pressure p, include those such as the following equation (8).
K p1 ' = ( X n p n + X n-1 p n-1 +・・・+ X 1 p) K p1 +b・・・(8) K p1 '= (X n p n + X n-1 p n-1 + ··· + X 1 p) K p1 + b ··· (8)
ここで、X 1 ~X nは実験等で予め求めた係数、K p1 'は、修正演算後の比例ゲインである。 Here, X 1 ~ X n coefficients determined in advance by experiment or the like, K p1 'is a proportional gain of the corrected calculation.
また、図5に示すように、目標流量値に対して一次遅れ等を施す演算回路であるフィルタ47を追加して時定数設定する事により応答速度を設定してもよい。 Further, as shown in FIG. 5, may be set the response speed by setting the time constant by adding the filter 47 is an arithmetic circuit which performs first-order lag and the like with respect to the target flow value. この場合、目標流量値が前記フィルタ47によって補正される。 In this case, the target flow rate value is corrected by the filter 47.
さらに、流量制御装置の応答性、特にバルブ3の応答性が、流体の圧力(バルブよりも上流側側の圧力及び/又は下流側の圧力)によって変化するため、この圧力変化をキャンセルして応答遅れが設定値に保たれるような(補償するような)制御を行えば、なお好ましい。 Further, the responsiveness of the flow control device, in particular the responsiveness of the valve 3, to vary the pressure of the fluid (pressure in the pressure and / or downstream of the upstream side of the valve), to cancel this pressure change response by performing the delay as maintained at the set value (as compensated) control, it noted preferred. 具体的には、例えば、前記図5におけるフィルタ47の時定数が、測定された流体の圧力(ここでは上流側の圧力)に応じて変化し、圧力による応答遅れの変化が補償されるように構成すればよい。 Specifically, for example, as the time constant of the filter 47 in FIG. 5, the pressure of the measured fluid changes according to (pressure upstream in this case), changes in the response delay due to the pressure is compensated it may be configured.
前記応答遅れ入力部で入力できる応答遅れの値(例えば設定時定数)は、制限を設けないようにしてもよいし、制限を設けるようにしてもよい。 The value of the response delay can be entered by the response delay input unit (e.g., setting time constant) may not be provided with the restriction, it may be a limit.
前者の場合、例えば応答遅れの値が0といった入力も受け付けることになるが、その場合は、流量制御装置は、その最大応答性能、すなわち最も応答遅れが小さい状態で動作することになる。 In the former case, for example, the value of the response delay is be accepted input such 0, in which case, the flow control device will operate its maximum response performance, i.e. the most response delay is small state. 言い換えると、応答遅れとして、流量制御装置の最大応答性能を超えるような値が入力されると、その値は無視され、該流量制御装置は最大応答性能で動作することとなる。 In other words, as the response delay, the value that exceeds the maximum response performance of the flow control device is input, the value is ignored, the flow rate control device becomes able to operate at maximum responsiveness.
後者の場合は、例えば0といった、流量制御装置の最大応答性能を超えるような応答遅れが入力されても、これを受け付けず、再入力を促すか、もしくは、仕様上最小の応答遅れ値が表示されるなどして、その応答遅れで動作することになる。 In the latter case, for example such as 0, even if a response delay that exceeds the maximum response performance of the flow control device is inputted, it does not accept this either prompting reentry, or response delay value specifications on minimum display and the like are made to operate in its response delay.

その他、本発明はその趣旨に反しない限りにおいて様々な変形や実施形態の組み合わせを行っても構わない。 In addition, the present invention may be performed in combination of the various modifications and embodiments as long as not contrary to the spirit.

100・・・流量制御装置3・・・流体制御弁43・・・応答遅れ入力部44・・・応答遅れ測定部45・・・応答遅れ記憶部46・・・応答遅れ生成部 100 ... flow control device 3 ... fluid control valve 43 ... response delay input unit 44 ... response delay measuring section 45 ... response delay storage unit 46 ... response delay generator

Claims (6)

  1. 測定流量が目標流量に近づくように、流体制御弁をフィードバック制御する流量制御装置において、 As measured flow approaches the target flow rate, the flow rate control apparatus for feedback control of the fluid control valve,
    設定したい応答遅れを示す値である応答遅れ設定値を入力する応答遅れ入力部と、 A response delay input unit for inputting the response delay setting value is a value indicating the response delay to be set,
    前記フィードバック制御における応答遅れを、前記設定応答遅れ設定値に応じて発生させる応答遅れ生成部とを具備することを特徴とする流量制御装置。 Flow control apparatus characterized by comprising the said response delay in the feedback control, the set response delay response delay generator for generating according to the set value.
  2. 前記応答遅れ設定値が、無駄時間を除いた一次遅れ、二次遅れ又はそれ以上の多次遅れを示す値である請求項1記載の流量制御装置。 The response delay setting value, the dead time and first order lag, except, the flow control device of claim 1, wherein a value indicating the secondary lag or more multi-order delay.
  3. 前記一次遅れ、二次遅れ又はそれ以上の多次遅れを示す値が、時定数である請求項2記載の流量制御装置。 The first-order lag, secondary lag or more multiple-order lag indicating the value, when the flow control device of a is claim 2 wherein constant.
  4. フィードバック制御による応答遅れを測定する応答遅れ測定部をさらに具備し、 Further comprising a response delay measuring unit for measuring a response delay due to feedback control,
    前記応答遅れ生成部が、前記応答遅れ測定部によって測定された測定応答遅れと、その時に設定されていたフィードバック制御係数とに基づいて、前記応答遅れ設定値に示された設定応答遅れとなる新規フィードバック制御係数を算出し、現在のフィードバック制御係数を、前記新規フィードバック制御係数に置き換えるものである請求項1、2又は3記載の流量制御装置。 The response delay generating unit, a measurement response delay measured by the response delay measuring unit, based on the feedback control coefficient is set at that time, the setting response delay indicated in said response delay set value new calculating a feedback control coefficient, the current feedback control coefficient, the flow control device of claim 1, 2 or 3 wherein replaces the new feedback control coefficient.
  5. 前記フィードバック制御が、少なくとも比例制御を含むものであり、無駄時間を除く応答遅れが、IMCを用いることによって一次遅れとなるように設定されたものである請求項1、2、3又は4記載の流量制御装置。 The feedback control, which contains at least proportional control, response delay excluding dead time, according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein those that are set to be first-order lag by using IMC flow control device.
  6. 測定流量が目標流量に近づくように、流体制御弁をフィードバック制御する流量制御装置に用いられるプログラムであって、 As measured flow approaches the target flow rate, a program used for flow rate control apparatus for feedback control of the fluid control valve,
    前記流量制御装置に、設定したい応答遅れを示す値である応答遅れ設定値を入力する応答遅れ入力部と、前記フィードバック制御における応答遅れを、前記設定応答遅れ設定値に応じて発生させる応答遅れ生成部としての機能を発揮させることを特徴とするプログラム。 Wherein the flow control device, and the response delay input unit for inputting the response delay setting value is a value indicating the response delay to be set, the response delay in the feedback control, the response delay generated for generating in response to said set response delay set value program characterized thereby function as parts.
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